Μελέτη χωρητικότητας ραδιοδιαύλου με συστήματα στοιχειοκεραιών πολλαπλών εισόδων - εξόδων (ΜΙΜΟ)

Περίληψη
Ο τομέας των τηλεπικοινωνιών και των συστημάτων μετάδοσης πληροφορίας αποτελεί έναν ραγδαία αναπτυσσόμενο κλάδο της επιστήμης με τεράστιο αριθμό εφαρμογών και παρεχόμενων υπηρεσιών. Νέες απαιτήσεις για βελτίωση της ποιότητας των υπηρεσιών αυτών, της ταχύτητας ανταλλαγής των δεδομένων, αλλά και του τρόπου διαχείρισης του εύρους ζώνης συχνοτήτων συνθέτουν τις βασικές κατευθύνσεις της ερευνητικής δραστηριότητας στον τομέα των σύγχρονων επικοινωνιών. Με βάση αυτές, η επιστημονική κοινότητα έχει ξεκινήσει μία αξιόλογη δραστηριότητα ανάπτυξης τεχνικών, μεθόδων και αλγορίθμων. Ιδιαίτερα, στην περίπτωση συστημάτων ασύρματης ζεύξης, μία από τις πιο ελκυστικές και αποτελεσματικές τεχνικές που έχουν αναπτυχθεί και μελετηθεί, αναφέρεται στη χρήση πολλαπλών στοιχείων - κεραιών τόσο στην εκπομπή, όσο και στη λήψη. Η τεχνολογία αυτή συνθέτει και το βασικό άξονα της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Συγκεκριμένα, αντικείμενο της αποτελεί η μελέτη της χωρητικότητας του ραδιοδιαύλου με χρήση συστημάτων π ...

Όλα τα τεκμήρια στο ΕΑΔΔ προστατεύονται από πνευματικά δικαιώματα.

Ο τομέας των τηλεπικοινωνιών και των συστημάτων μετάδοσης πληροφορίας αποτελεί έναν ραγδαία αναπτυσσόμενο κλάδο της επιστήμης με τεράστιο αριθμό εφαρμογών και παρεχόμενων υπηρεσιών. Νέες απαιτήσεις για βελτίωση της ποιότητας των υπηρεσιών αυτών, της ταχύτητας ανταλλαγής των δεδομένων, αλλά και του τρόπου διαχείρισης του εύρους ζώνης συχνοτήτων συνθέτουν τις βασικές κατευθύνσεις της ερευνητικής δραστηριότητας στον τομέα των σύγχρονων επικοινωνιών. Με βάση αυτές, η επιστημονική κοινότητα έχει ξεκινήσει μία αξιόλογη δραστηριότητα ανάπτυξης τεχνικών, μεθόδων και αλγορίθμων. Ιδιαίτερα, στην περίπτωση συστημάτων ασύρματης ζεύξης, μία από τις πιο ελκυστικές και αποτελεσματικές τεχνικές που έχουν αναπτυχθεί και μελετηθεί, αναφέρεται στη χρήση πολλαπλών στοιχείων - κεραιών τόσο στην εκπομπή, όσο και στη λήψη. Η τεχνολογία αυτή συνθέτει και το βασικό άξονα της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Συγκεκριμένα, αντικείμενο της αποτελεί η μελέτη της χωρητικότητας του ραδιοδιαύλου με χρήση συστημάτων πολλαπλών εισόδων - πολλαπλών εξόδων (ΜΙΜΟ). Σε αυτή, περιγράφονται, αναλύονται και ερευνώνται οι βασικοί παράμετροι και τα αντίστοιχα χαρακτηριστικά λειτουργίας που επηρεάζουν το μέγιστο όριο του ρυθμού μετάδοσης της πληροφορίας σε ένα ασύρματο κανάλι με τη βοήθεια των συστημάτων αυτών. Αυτές οι διαδικασίες πραγματοποιούνται με τη χρήση μιας πλατφόρμας συστήματος ΜΙΜΟ και οδηγούν στην έκδοση διαπιστώσεων, συμπερασμάτων και προτύπων τα οποία αναμένεται να συνεισφέρουν αποφασιστικά στην εξυπηρέτηση των απαιτήσεων που προαναφέρθηκαν στο τομέα των σύγχρονων επικοινωνιών. Η εν λόγω διδακτορική διατριβή απαρτίζεται από έξι βασικές ενότητες. Οι θεμελιώδεις αρχές λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά των συστημάτων ΜΙΜΟ και του ασύρματου καναλιού διάδοσης συνθέτουν το αντικείμενο της πρώτης ενότητας. Αυτή περιλαμβάνει επίσης το σύνολο των θεωρητικών προσεγγίσεων και αναλύσεων με αντικείμενο το χαρακτηρισμό του ασύρματου διαύλου. Παράλληλα, αναφέρονται επιγραμματικά οι θεμελιώδεις αρχές που διέπουν τη διάδοση ηλεκτρομαγνητικών σημάτων μέσα από το ασύρματο κανάλι και δίδονται κάποια από τα βασικότερα μοντέλα περιγραφής του. Η ανάπτυξη ενός συστήματος ΜΙΜΟ προϋποθέτει το σχεδιασμό και την υλοποίηση μιας διάταξης στοιχείων - κεραιών εκπομπής και λήψης. Αυτή η σειρά διαδικασιών και βημάτων συνθέτει τον κύριο άξονα της δεύτερης ενότητας. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζεται η μορφή των δύο κεραιοσυστοιχιών κεραιών εκπομπής και λήψης, τα αντίστοιχα στοιχεία - ακτινοβολίας καθώς και τα χαρακτηριστικά και οι παράμετροι που περιγράφουν τη λειτουργία τους. Συγκεκριμένα, μελετάται και αναλύεται η γεωμετρία των στοιχείων - κεραιών και τα χαρακτηριστικά συντονισμού και ακτινοβολίας τους, καθώς και οι μεταβολές που προκαλούνται σε αυτά από τις επιδράσεις των υποβοηθητικών διατάξεων που τα πλαισιώνουν. Στη τρίτη ενότητα παρουσιάζεται η μορφή της διάταξης του πομπού πολλαπλών εξόδων, έτσι όπως αυτή προέκυψε από μια σειρά σχεδιαστικών τροποποιήσεων και πειραματικών δοκιμών. Αναλύονται εν συντομία τα ηλεκτρονικά στοιχεία που την απαρτίζουν και παρατίθενται τα χαρακτηριστικά λειτουργίας των. Δίνεται επίσης ιδιαίτερη βαρύτητα στη περιγραφή των δυνατοτήτων της οι οποίες αξιοποιούνται πλήρως στη χρήση της ως διάταξη εκπομπής στο σύστημα ΜΙΜΟ. Η αντίστοιχη διάταξη λήψης της πλατφόρμας συστήματος ΜΙΜΟ αποτελεί αντικείμενο της τέταρτης ενότητας. Εδώ παρουσιάζεται η δομή των βαθμίδων που την απαρτίζουν, περιγράφονται τα βασικά ηλεκτρονικά στοιχεία της και τα αντίστοιχα χαρακτηριστικά λειτουργίας τους. Επιπρόσθετα, παρατίθενται και αναλύονται εκτενώς οι δυνατότητες της και οι τεχνικές που αξιοποιούνται κατά την λειτουργία της ως διάταξη λήψης στη πλατφόρμα ΜΙΜΟ. Η πέμπτη ενότητα της παρούσας διδακτορικής διατριβής παραθέτει και περιγράφει τη μεθοδολογία, τις αναλύσεις, τις διαπιστώσεις και τα συμπεράσματα που προέκυψαν κατά τη διαδικασία πειραματικών δοκιμών και μετρήσεων των χαρακτηριστικών και των παραμέτρων του ασύρματου διαύλου. Με την αξιοποίηση των δυνατοτήτων και μεθόδων που χρησιμοποιούνται από το σύστημα ΜΙΜΟ, πραγματοποιήθηκε μια σειρά διαδικασιών χαρακτηρισμού ασύρματου καναλιού διάδοσης. Στα πλαίσια αυτής μελετήθηκαν τα μεγέθη της χωρητικότητας, του ρυθμού μετάδοσης των δεδομένων και γενικότερα των παραμέτρων του κάθε υποκαναλιού στο ασύρματο κανάλι πολλαπλών εισόδων - εξόδων ΜΙΜΟ. Δόθηκε ιδιαίτερη βαρύτητα στην επίδραση των συνθηκών κάθε περιβάλλοντος διάδοσης στη μεταβολή των παραπάνω μεγεθών, με ιδιαίτερη έμφαση στο μέγιστο ρυθμό μετάδοσης δεδομένων που μπορεί να επιτευχθεί σε κάθε περίπτωση. Οι προσεγγίσεις που προκύπτουν συγκρίνονται με τις αντίστοιχες θεωρητικές καθώς και με αυτές των αντίστοιχων μοντέλων ραδιοκάλυψης. Επιπρόσθετα, προτείνονται τεχνικές βελτιστοποίησης και δίνονται κατευθύνσεις προς την όσο το δυνατόν αποδοτικότερη σχεδίαση των συστημάτων ασύρματης ζεύξης. Ως επίλογος της διδακτορικής αυτής διατριβής παρατίθενται μία σύντομη αναφορά στις γενικές αρχές που αξιοποιήθηκαν στη σχεδίαση και υλοποίηση της πλατφόρμας του συστήματος ΜΙΜΟ και δίνεται μια σειρά μελλοντικών βημάτων που δύναται να βελτιώσουν τη λειτουργία της και να την καταστήσουν πιο αποδοτική και ευέλικτη σε μοντέρνες τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές.
περισσότερα

Περίληψη σε άλλη γλώσσα

Wireless communications and data transceiver systems correspond to one of the fastest growing scientific sectors, providing a great amount of applications and services. New demands for better quality of services, higher bit rates and more spectral efficiency compose the main target for the modern wireless communication research activities. Based on them, scientific community has started a course of activities in order to design and investigate new techniques, methods and mathematical algorithms. In particular, on wireless communication systems one of the most attractive and efficient method, that has been introduced and studied, proposes using multiple antenna elements on both the receiver and transmitter locations. This technique corresponds to the main subject of the current PhD thesis. This article includes studies on capacity in wireless communications, using antenna array systems with multiple radiation elements on both transmitter and receiver ends (MIMO - Multiple Input Multiple ...
περισσότερα